2012.06 １２ 幕墙专栏 摘要：在玻璃幕墙设计中，遇到层高较大，铝合金型材强度、刚度难以满足需要时，设计者往往采用“铝合金立柱＋型钢内芯”组合构件来解决。本文就该种情况下强度及挠度的计算方法进行探讨。 关键词：铝合金立柱；型钢内芯；组合构件；设计计算1 引言 玻璃幕墙是由铝型材与玻璃等材料组成的建筑外围护结构。在抗风、抗震设计中，立柱是主要的受力构件。一般都按简支梁或连续梁模式承受水平风力、地震力和竖向自重等外部作用，并按拉弯构件计算其强度和变形。因此合理选材，对保证玻璃幕墙具有良好的承载力、刚度及稳定性，确保其使用的安全性，无疑有着极其重要的作用。在幕墙工程设计中，遇到层高较大，铝合金型材强度、刚度难以满足需要时，经常采用型钢内芯增强铝合金立柱在抗风压、地震、自重等荷载效应下的强度和刚度值，以满足安全和挠度的要求。 2 计算方法探讨 设定组合构件的不同部件间“紧密相接”，但接触面没有抗剪能力。由于这种方式组成的构件不是“有机”的组合在一起的，各构件所分担的部分荷载必须通过解超静定结构的方法求解，即应该满足静力平衡，力与变形的物理关系—虎克定律，不同部件间的变形协调三个条件下求解。 首先，这种组成的构件内力与变形符合虎克定律—变形与内力成正比的弹性变形范围内，其次，这种组成的构件的各部件因“紧密相接”而变形一致，满足变形协调条件，所以各部件承担的荷载是与各自的刚度成正比。即抗弯构件按抗弯刚度ＥＩ正比分配，抗轴力构件按抗轴力刚度ＥＦ正比分配；抗剪力构件按抗剪切刚度ＧＦ正比分配；（Ｅ为弹性模量，Ｇ为剪切模量，Ｉ为截面惯性矩，Ｆ为截面面积）。幕墙立柱均以风压和地震力作用下的抗弯为主，所以，组合构件的各部件所承担的荷载主要与抗弯刚度成正比。 外荷载（Ｆ）根据铝型材与钢型材的刚度进行分配：铝型材荷载分配系数： μ１＝Ｅ１Ｉ１／ＥＩ＝Ｅ１Ｉ１／（Ｅ１Ｉ１＋Ｅ２Ｉ２）钢型材荷载分配系数： μ２＝Ｅ２Ｉ２／ＥＩ＝Ｅ２Ｉ２／（Ｅ１Ｉ１＋Ｅ２Ｉ２） 式中：ＥＩ＝Ｅ１Ｉ１＋Ｅ２Ｉ２—组合构件截面刚度Ｅ１Ｉ１—铝型材刚度 Ｅ２Ｉ２—钢型材刚度 知道每个构件所承担的荷载值后，就可以根据各个荷载类型的内力和挠度计算公式，叠加每个构件在各种类型荷载作用下的内力和挠度，验证其强度和挠度是否分别满足幕墙的安全和正常使用两个方面的要求。 3 工程应用实例３．１ 工程概况 一幕墙工程位于北京市海淀区，楼层高度（幕墙的层间高度）为Ｈ＝３．６ｍ，幕墙的分格宽度为Ｂ＝１．５ｍ，基本风压按照５０年一遇考虑，ω０＝０．４５ｋＮ／ｍ２，地面粗超度为Ｃ类，８度抗震设防烈度。最危险点标高为Ｈｅ＝１００ｍ。立柱采用“铝合金立柱＋型钢内芯”组合构件，结构如图１所示。铝型材的材料特性及截面特征见表１，型钢的材料特性及截面特征见表２。 表1 铝型材的材料特性及截面特征牌号及状态 ６０６３－Ｔ６ 弹性模量Ｅ１／Ｎ／ｍｍ２ ７００００ 抗拉屈服强度ｆ１／Ｎ／ｍｍ２ １５０ 惯性矩Ｉｘ１／ｍｍ４ ３６７３５００ 抵抗矩Ｗｘ１／ｍｍ３ ４６７１０ 截面面积Ａ１／ｍｍ２ １２２１００ 表2 型钢的材料特性及截面特征 牌号 Ｑ２３５ 弹性模量Ｅ２／Ｎ／ｍｍ２ ２１００００ 抗拉屈服强度ｆ２／Ｎ／ｍｍ２ ２３５ 惯性矩Ｉｘ２／ｍｍ４ ７３４７００ 抵抗矩Ｗｘ２／ｍｍ３ ２２４０ 截面面积Ａ２／ｍｍ２ ６１０５０ 经计算：风荷载标准值Ｗｋ＝１．４６８ｋＮ／ｍ２； ｙ轴方向（垂直于幕墙表面）的地震作用ｑＥｙ＝０．２７ｋＮ／ｍ２。３．２ 刚度计算 “铝合金立柱＋型钢内芯”组合构件所受线荷载和作用组合值为： ｑ＝Ｗｋ×Ｂ＝１．４６８×１．５＝２．２０２ｋＮ／ｍ铝型材荷载分配系数： μ１＝Ｅ１Ｉ１／（Ｅ１Ｉ１＋Ｅ２Ｉ２）＝７００００×３６７３５００／（７００００×３６７３５００＋２１００００×７３４７００）＝０．６３ 钢型材荷载分配系数： μ２＝Ｅ２Ｉ２／（Ｅ１Ｉ１＋Ｅ２Ｉ２）＝２ １００００×７３４７０／（７００００×３６７３５００＋２１００００×７３４７００）＝０．３７ 铝合金立柱所承担的荷载为： ｑ１＝μ１ｑ＝０．６３×２．２０２＝１．３８７ｋＮ／ｍ型钢内芯所承担的荷载为： ｑ２＝μ２ｑ＝０．３７×２．２０２＝０．８１５ｋＮ／ｍ 按单跨简支梁计算，产生的挠度按下式计算： 铝合金立柱ｆ１＝５ｑ１×Ｌ４／３８４Ｅ１Ｉ１＝５×１．３８７×３６００４／３８４×７００００×３６７３５００＝１１．６０ｍｍ 型钢内芯ｆ２＝５ｑ２×Ｌ４／３８４Ｅ２Ｉ２＝５×０．８１５×３６００４／３８４×２１００００×７３４７００＝１１．６０ｍｍ 幕墙“铝合金立柱＋型钢内芯” 组合构件的设计计算方法 宋金虎 山东交通职业学院 a) b) c)图1“铝合金立柱+型钢内芯”组合构件结构示意图a)“铝合金立柱+型钢内芯”组合构件;b)铝合金立柱; c)型钢内芯
铝合金结构与钢结构对比分析 比较内容比较项目钢结构铝合金结构组合形式以钢网架、桁架或其它形式作为主体结构，主要采用工厂预制，现场焊接的方式连接。平方耗材量大，自重较重。以单层铝合金网架为主体结构，主要采用工厂精密加工，现场螺栓连接的方式组装。平方耗材量大概是钢结构的1/2-1/3，自重轻。结构对比1、结构用钢量较大2、大部分节点须采用现场焊接连接3、钢的密度为7850KG/m31、结构用量约为18KG/㎡2、全部采用不锈钢螺栓连接3、铝合金密度为2780KG/m3跨度依目前技术水平单层结构最大跨度在100M左右。（屋面凸出部分跨度大，矢高9米，钢结构很难一次性跨过，须在下部金属屋面上做大量密集的支撑，对下部钢结构荷载及屋面的防水影响极大，支撑用量大。依目前技术水平单层结构最大跨度在300M左右。（铝合金结构只需在四周适当位置设立支撑，可一次性跨过，这样减少了屋面大量的钢结构支撑，既减少了对金属屋面的破坏，减轻了下部钢结构的荷载，同时大大增加了建筑美观度。安装形式需要大型机械配合吊装，道路场地要求高，施工半径大。现场焊接量大，耗时长，现场焊接工艺难以控制。（会展场馆单体宽度为70米，在70米宽的屋面上安装钢结构需要大型的机械设备。采用现场焊接，现场工作量大，工期长，品质难以控制。）属高
空散装、不需大型机械，对道路场地要求低，施工半径小。现场全部采用螺栓连接。（铝合金杆件单支重量轻，采用高空散装，螺栓连接，轻便，快速。）施工工艺总体建筑约65000个节点，现场大量焊接、修改，施工管理及质量控制很复杂。（曲面形状的钢结构节点焊接复杂，外观美观差。）现场全部采用螺栓连接，由一家单位一次性施工完成。施工环节单一，大大降低了施工管理及质量控制难度。钢结构铝合金结构工期该网架是设立在铝镁锰屋面上，只有当下部结构完成后方可施工，而钢结构需要大型机械参与施工，约束条件多，现场焊接量大，所以整体工期较长。无大型机械，无现场焊接。现场安装工期大概可节约60%。维护维修该场馆位于嘉陵江边，重庆雾多，空气潮湿，再加上还有酸雨天气，所以钢结构采用树脂油漆防腐，湿气、酸碱腐蚀严重。一般使用5年后需翻新。铝合金结构母材的防腐性能就很好，湿气、酸碱抵蚀力均很强。要是进行阳极氧化，防腐性能更佳。使用生命期内不需翻新。下部结构钢结构自重较重，对下部结构反力较大，下部结构应满足上部结构的自重要求。铝合金结构自重轻，同等跨度下，大概是钢结构的1/2-1/3，大大减轻了下部结构的荷载。下部结构可节省5%-8%的直接造价。节能环保属传统结构形式，没有节能环保的新概念。在结构上耗用的原材料大大降低。同时铝合金型材在再生利用率上比钢材高出30%。
浅析钢铝组合结构在幕墙设计中的应用 发表时间：2019-08-23T16:55:27.580Z 来源：《建筑细部》2018年第28期作者：罗玲霞 [导读] 随着幕墙在建筑中的广泛应用，其建筑材料也在不断更新，钢铝结构的型材一出现就受到市场追捧，本文就重点探讨一下钢铝组合结构在幕墙设计中的应用。 上海华艺幕墙系统工程有限公司上海 200000 摘要：钢铝结构的型材投放市场以来，深受建筑工程用户喜爱，因为它承重力好、耐腐蚀、寿命长、易操作、重量轻等特点一举击败传统型材占领了建筑市场。但是钢铝组合也不是无懈可击的，所以在应用中要了解它的特点扬长避短，才能发挥出它的潜能，下文就是笔者对钢铝结构在幕墙设计中的应用的研究。 关键词：钢铝组合结构；幕墙设计；计算机辅助计算 随着建筑市场的持续升温，幕墙这种新兴建筑形式也在不断地发展更新，这种保温、美观、安全防火的建筑形式现在被普遍应用在建筑项目中。现代建筑已经不满足其简单的固有属性，而是向美观性、实用性、欣赏性发展。幕墙技术恰恰迎合了这种要求，得以迅猛发展壮大起来。随着幕墙在建筑中的广泛应用，其建筑材料也在不断更新，钢铝结构的型材一出现就受到市场追捧，本文就重点探讨一下钢铝组合结构在幕墙设计中的应用。 一、钢铝组合结构应用于幕墙设计中的技术优势 1、钢铝组合的综合优势强 同样面积的幕墙型材类型进行比较，幕墙工程选用钢铝组合结构的建材的话，和单纯铝型材结构，单纯钢件结构等建筑材料相比的话，钢铝结构在价格方面，承重方面，加工方面综合下来的话是最有优势的，市场上铝锭的价格大概1万4千多一吨，而碳素钢则为5800多一吨，钢铝组合既避免了大量使用铝型材造成的成本过量，又避免全部使用钢型材造成的运输及施工难度，钢铝结构相对减轻了很多重量，所以就可以更加紧密的固定在建筑外表，给建筑减轻了负担本身也更加安全耐用了，最重要的是满足结构要求的条件下节省了工程费用。 2、钢铝组合的强度大 如果用单纯的铝型材做建筑幕墙的话，那么铝合金的弹性是0.7X103MPa，强度是85.5MPa在高层建筑中和大风天气下，很难达到设计要求；而钢材的弹性模是2.1x103MPa，强度设计是215MPa其强度是铝合金的三倍，所以幕墙采用钢铝结构以后强度上来了、质量降低了所以受到欢迎。 3、钢铝组合设计灵活 钢铝组合型材在幕墙中应用的时候，选择了两种金属的优点进行组合，使其特点是既有坚韧性又质量轻。钢材用于幕墙的称重部分，铝型材比较美观就用在幕墙外面做装饰。这样的设计既可以用到刚才坚固耐用，又兼顾了铝材质量轻、耐腐蚀、不生锈还美观的特点，真是相得益彰完美的组合，这样的应用在幕墙上比较经济实惠还坚固耐用。 4、钢铝组合结构设计的防火性能强 铝合金在建筑中承重方面的性能偏弱一点，因为这种型材不耐高温随着温度升高，它的承重能力就会下降直到全部丧失承重能力。而钢材却恰恰相反，钢材在高温条件下，其承重能力不降反升。所以建中工程中一定要采用钢材作为承重之用，建筑幕墙就是看中了钢材的这种特点，采用钢材做承重部分既安全又可靠。 二、钢铝组合结构应用于幕墙设计中存在的问题 目前钢铝结构的组合在幕墙工程的应用中由于缺少规范所以比较混乱，钢铝组合幕墙因其明显的优势被广泛的应用在建筑幕墙施工中，国家也作了相应的规定，但是由于钢铝组合占领市场时间不长，相对应的数据指标还在检测阶段，所以职能机构目前没有比较规范的指标来对钢铝组合幕墙进行规范，这种情况下就不能对钢铝结构幕墙进行有效的管理工作，会直接影响到工程质量。 三、钢铝组合结构在幕墙设计中应用计算机进行计算 为了分析钢铝结构能否符合设计要求，可不可以应用在建筑幕墙施工中，就要对幕墙的承重、质量等指标进行检测。在目前我国对这种型材的检测还处在实验阶段，方法还不成熟接下来跟大家分享一个检测方法。 1、计算机辅助计算方法的假设条件的设定 （1）由于钢铝结构在幕墙应用中是紧密结合在一起的，所以它们垂直的受力是相等的。 （2）经过过分析认为，轴向力的影响很小所以就忽略不计了。 2、等效形心轴的求解 通过公式进行验算，我们看到钢材和铝材的受力是按钢度分担的，所以先算出钢度然后再根据弹性模量和惯性的计算然后求出等效形心轴。 3钢铝组合结构的计算机辅助计算方法 在得出了等效形心轴以后，就可以对钢铝结构的面积进行计算了，在计算中要用到布尔运算定律和质量特性，来进行求解最后得出基于等效形心轴的数据。 挠数是一个比较重要的参数，在大型幕墙施工中钢铝组合的总重要的指标就是挠数。借助计算机辅助计算钢铝结构的参数地方法，也会有一定的误差但是它已经不会对始终造成什么影响了，因为已经比较细微可以忽略不计了。 四、加强幕墙结构技术的对策研究 1、增强幕墙结构设计的质量意识，提高质量管理水平 工程设计人员在设计幕墙结构以后还要反复核查，幕墙在设计中要兼顾很多因素，必须做出合理的解释。在施工中相关承建单位要设立行之有效的质量管理体系，严把施工质量关对关键控制性环节指派专人进行质量把关，因为幕墙施工是一个建筑物的“门面”所以必须做
钢铝组合截面杆件的设计 摘要 钢铝组合截面是工程中经常应用的一种截面形式。本文对钢铝组合截面的截面特性计算以及截面验算进行简略的介绍。 关键词 钢铝组合截面，钢铝叠合截面 一．引言 在幕墙支承结构和铝合金门窗骨架设计中，为了节省铝合金用量、降低成本，往往采用钢、铝组合截面的杆件，外露部分采用铝合金型材，隐蔽部分亦即主要受力部分采用钢型材，这样，即达到了外表美观靓丽、截面小巧而承载能力高、造价又低廉的目的。另外，在幕墙加固工程中，钢铝组合截面也时有应用。 钢、铝组合截面的形式，一般常用的不外乎如图 1所示的两种。其中 a 所示的是将钢型材川入铝合金型材的腔内；而 b 所示是钢、铝合金型材并列，二者截面一般有一个共同的对称轴。 对于这两种截面形式，视钢、铝型材的 组合方式，又可分为叠合式和组合式两种。 所谓叠合式，即钢、铝型材之间不加连接，仅仅从构造上能保证二者同时受力即可；而 组合式和叠合式不同，它是在钢、铝型材之 间用物理的或化学的方法将二者紧密相连的 组合形式。由于这两种截面的组合方式不同， 所以在受力后的表现也不同，设计计算方法 也完全不同，下面分别予以介绍。 图1 二．叠合式截面杆件的设计 如图 2所示叠合式截面杆，当其在横向力作用下受弯时，杆件将发生弯曲变形。由于钢、铝型材之间不加连接，因此，在二者接触面间无任何约束（忽略摩擦），当杆件发生弯曲变形时，在接触面间，二者会产生相互错动，受荷前在同一竖向截面内的abcd 亦不在同一截面了，可见，此时的受弯杆件，已不符合“平截面的假定”条件，因此，二者已不能按一体进行计算了。 考虑到钢、铝型材受荷后，截面未脱开，二者有着共同的边界约束条件，在正常受力情况下，变形在弹性范围内，因此二者各自沿自身截面中和轴产生挠曲，且，二者产生的挠度相等。所以： g l q q = gx g lx l I E I E 亦即，二者分配的荷载与其刚度成正比，于是有： q l =gx g lx l lx l I E I E I E q +；q g =gx g lx l gx g I E I E I E q + 若以内力的形式来表达，亦可写成如下的形式： M l =gx g lx l lx l I E I E I E M +；M g =gx g lx l gx g I E I E I E M + N l =g g l l l l A E A E A E N +；N g =g g l l g g A E A E A E N + 其中：M ， N-----总弯矩，总轴力 图 2 M l ，N l -----铝合金型材分配的弯矩，轴力
钢铝组合截面杆件的设计 闭思廉李硕龚沁华 深圳中航幕墙工程有限公司深圳市皇城广场1804室 518045 摘要钢铝组合截面是工程中经常应用的一种截面形式。本文对钢铝组合截面的截面特性计算以及截面验算进行简略的介绍。 关键词钢铝组合截面，钢铝叠合截面 一．引言 在幕墙支承结构和铝合金门窗骨架设计中，为了节省铝合金用量、降低成本，往往采用 钢、铝组合截面的杆件，外露部分采用铝合金型材，隐蔽部分亦即主要受力部分采用钢型材， 这样，即达到了外表美观靓丽、截面小巧而承载能力高、造价又低廉的目的。另外，在幕墙 加固工程中，钢铝组合截面也时有应用。 钢、铝组合截面的形式，一般常用的不外乎如图 1所示的两种。其中 a所示的是将钢 型材穿入铝合金型材的腔内；而 b所示是钢、铝合金型材并列，二者截面一般有一个共 同的对称轴。 钢、铝型材的组合方式，又可分 为叠合式和组合式两种。所谓叠 合式，即钢、铝型材之间不加连 接，仅仅从构造上能保证二者同 时受力即可；而组合式和叠合式 不同，它是在钢、铝型材之间用 物理的或化学的方法将二者紧 密相连的组合形式。由于这两种 截面的组合方式不同，所以在受 力后的表现也不同，设计计算方 法也完全不同，下面分别予以介 绍。图 1 二．叠合式截面杆件的设计 如图 2所示叠合式截面杆，当其在横向力作用下受弯时，杆件将发生弯曲变形。由于 钢、铝型材之间不加连接，因此，在二者接触面间无任何约束（忽略摩擦），当杆件发生弯 曲变形时，在接触面间，二者会产生相互错动，受荷前在同一竖向截面内的abcd亦不在同 一截面了，可见，此时的受弯杆件，已不符合“平截面的假定”条件，因此，二者已不能按 一体进行计算了。 考虑到钢、铝型材受荷后，截面未脱开，二者有着共同的边界约束条件，在正常受力情 况下，变形在弹性范围内，因此二者各自沿自身截面中和轴产生挠曲，且二者产生的挠度相 等。所以：
钢结构和铝结构的实施标准 Part 2:钢结构的技术要求 前言 这个英国标准是UK BS1090-2:2008的补充。它取代了DD ENV1090-1:1998，DD ENV1090-4:2001 和DD ENV1090-6:2001已经被取缔，BS5400-6:1999 和 BS5950-2:2001将在2010年3月取缔。 UK委托B/512钢结构标准技术协会和B/525/10桥梁技术协会共同参与标准的准备工作。该组织的成员名单可以从委员会秘书处获得。 其他信息 BSI作为CEN的成员有权出版EN1090-2:2008作为英国标准，但是，值得注意的是，随着欧洲标准的发展，UK委员会对本标准作为欧洲标准提出反对意见。 UK委员会反对的原因是，担心就执行等级和焊接质量水平而言，可能会出现错误的规定。如果出现，关于选择范围和基础有可能导致低于规范、安全和高于规范的问题，可能产生贸易壁垒。建议这些版本要低一些，避免这类风险。 本标准（EN1090-2）给出了钢结构实施（生产和安装）的技术要求，是BS EN1090-1 Part1的支持标准。她与BS EN1090-1 Part1的一致性评估需要生产者在工厂生产控制过程中进行实际操作。对于产品的的质量管理要求包括，例如：可追溯性和焊接质量管理，可参考BS EN1090-2给出的定义。 本标准取代了几种现存的标准，所以范围非常广泛，因此在每一部分使用之前需要制作系列项目或明确的应用结论来进行分类。附录A列出了其他的可供选择的信息。 实施等级 本标准引进了实施等级的概念，用来对整套结构、单个部件和详细元件进行等级区分，附录3列出了标准对等级划分的要求。 由设计决定整套结构、单个部件和详细元件的等级选择， BS EN1090-2 附录B给出了关于等级划分决策的一些信息指导，划分的主要原因是提供可靠性标准，避免后续过程中结构、部件或元件出现破坏或故障（见BS EN1990,欧洲规范-结构设计基础，更多信息）。因此实施等级在本标准中被广泛使用，作为质量决策、试验要求和合格标准的可靠性区分依据。但是新的区分标准和BS EN1990推荐的区分标准之间的关系没有完全的界定。 BS EN1090-2 附录B推荐等级的选择可以根据服务种类（SC）来确定部件设计的使用环境和产品种类（PC）确定部件的使用方法，其他两种型号（结构和元件）也适应这种分类，对于结构、部件和元件的等级划分，要根据使用或生产过程的困难程度，形成线性增长。
钢铝组合结构的计算机辅助结构计算 深圳市方大装饰工程有限公司 林勇生 董格林 谢士涛 [摘 要] 介绍了钢铝组合结构的计算机辅助结构计算方法，可供设计人员参考。 [关键词] 钢铝组合结构 等效形心轴 计算机辅助结构计算 1．钢铝组合结构的产生和发展 随着建筑幕墙技术的发展，幕墙被应用到越来越多的建筑中，而对于大分格、大跨度、大风压地区（如大连、厦门、深圳等）的玻璃幕墙，采用铝合金结构已不能满足幕墙对骨架结构强度和刚度的要求。 于是有设计师开始选用工字钢、方钢通等钢型材来作为受力构件。但实际使用中，由于生产加工过程中其精度难以控制在理想范围，导致装饰效果差，而且由于受表面处理的局限性和材料本身性能的影响，极易出现褪色、漆膜脱落等现象，严重者甚至锈迹斑斑。有的设计师想到在钢结构外包饰一层铝塑复合板，但新的问题又出现了，由于铝塑复合板需在工地现场折弯，折弯角度难以控 22.1强度要求 《玻璃幕墙工程技术规范》（以下简称96102-JGJ ）和《金属与石材幕墙工程技术规范》（以下简称2001133-JGJ ）规定构件截面最大应力设计值不应超过材料强度设计值: f ≤σ )1( 式中 σ 荷载和作用产生的截面最大应力设计值)(MPa ； f 材料强度设计值)(MPa 。 2.2 刚度要求 )96102(-JGJ 和)2001133(-JGJ 规定横梁或立柱的最大挠度应符合下式要求: ][u u ≤ )2( 式中 u 荷载和作用标准值产生的挠度最大值)(mm ； ][u 挠度允许值)(mm 。 具体指标为： 当跨度不大于m 5.7时： 铝型材：180/l u ≤ 且mm u 20≤ 钢型材：300/l u ≤ 且mm u 15≤ 当跨度大于m 5.7时：